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光与信息技术光与信息技术1第1页，此课件共83页哦光与现代科技讲座光与现代科技讲座 第一章第一章 绪论绪论 2 2第二章第二章 光源与激光器光源与激光器 2 2第三章第三章 光纤与光学传感技术光纤与光学传感技术 4 4第四章第四章 激光在现代医学中的应用激光在现代医学中的应用 4 4第五章第五章 激光在军事技术中的应用激光在军事技术中的应用 4 4第六章第六章 激光在现代工业和加工中的应用激光在现代工业和加工中的应用 4 4 第七章第七章 光与信息技术光与信息技术 4 4第八章第八章 光通信技术与网络光通信技术与网络 6 6第九章第九章 光学成像、全息与显示技术光学成像、全息与显示技术 2 2第十章第十章 光电集成与纳米技术光电集成与纳米技术 2 22022/9/303第3页，此课件共83页哦第七章第七章 光与信息技术中的应用光与信息技术中的应用7.1 激光扫描器激光扫描器7.1.1 激光扫描器激光扫描器(1)低惯量扫描器低惯量扫描器(2)全息扫描器全息扫描器7.1.2 激光扫描器的应用实例激光扫描器的应用实例(1)激光照排机激光照排机(2)激光缩微机激光缩微机(3)条形码扫描器条形码扫描器 7.2 激光打印机激光打印机1.激光打印机原理及组成激光打印机原理及组成 2.激光打印机的基本工作过程及激光打印机的基本工作过程及控制系统控制系统 3.激光打印机的国内外发展状况简激光打印机的国内外发展状况简介介 7.3 激光存储技术激光存储技术7.3.1 激光存储的基本原理、分激光存储的基本原理、分类及特点类及特点 7.3.2 激光光盘存储激光光盘存储 7.3.3 激光体全息光存储激光体全息光存储7.3.4 激光存储技术的新进展激光存储技术的新进展2022/9/304第4页，此课件共83页哦光与信息技术光与信息技术从从技技术术角角度度看看，信信息息领领域域是是一一个个十十分分广广阔阔的的领领域域，它它包包括括信信息息的的产生、发送、传输、探测、存储、显示等许多方面。产生、发送、传输、探测、存储、显示等许多方面。激激光光在在信信息息领领域域的的应应用用，包包括括以以激激光光为为信信息息载载体体，将将声声音音、图图像像、数数据据等等各各种种信信息息通通过过激激光光传传送送出出去去；通通过过激激光光存存储储在在光光学学存储器里；通过存储器里；通过激光将信息打印或显示激光将信息打印或显示出来等等。出来等等。因因此此，本本章章将将涉涉及及激激光光通通信信、激激光光显显示示、激激光光存存储储以以及及激激光光打打印印等等许许多多童童要要的的领领域域。这这些些领领域域已已经经产产生生许许多多成成熟熟的的技技术术和和应应用用，有有着着光光明明、广广阔阔的的应应用用和和发发展展前前途途，是是21世世纪纪最最活活跃跃的的激激光光应应用用领领域。域。本本章章将将简简要要地地介介绍绍激激光光在在上上述述各各方方面面的的有有关关应应用用概概况况，特特别别是是一些新思想、新概念、新技术、新进展等。一些新思想、新概念、新技术、新进展等。2022/9/305第5页，此课件共83页哦7.1 激光扫描激光扫描激光扫描是激光技术在诸多应用中很活跃的一个领域，计算激光扫描是激光技术在诸多应用中很活跃的一个领域，计算机技术的不断进步和日益普及同时促进了激光扫描技术的发机技术的不断进步和日益普及同时促进了激光扫描技术的发展，它被广泛地应用于近代复杂的光、机、电仪器中。展，它被广泛地应用于近代复杂的光、机、电仪器中。例如，印刷板曝光，激光打印机，图像传真，图像处例如，印刷板曝光，激光打印机，图像传真，图像处理，激光照排，制作微缩胶片，大屏幕图像投影仪，理，激光照排，制作微缩胶片，大屏幕图像投影仪，扫描光栅频谱仪，红外探测仪，激光扫描显微镜，激扫描光栅频谱仪，红外探测仪，激光扫描显微镜，激光扫描超声显微镜，三维视觉模拟偏转器，激光扫描光扫描超声显微镜，三维视觉模拟偏转器，激光扫描检眼镜，激光微调机，激光标记机，尺寸检测仪，条检眼镜，激光微调机，激光标记机，尺寸检测仪，条形码扫描器等。形码扫描器等。下面主要介绍现有的激光扫描器及其基本特点和成功下面主要介绍现有的激光扫描器及其基本特点和成功的应用。的应用。2022/9/306第6页，此课件共83页哦7.1.1 激光扫描器激光扫描器激光扫描器可分为低惯量扫描器激光扫描器可分为低惯量扫描器(Low Inertia Scanner)和全息扫描器。和全息扫描器。低惯量扫描器低惯量扫描器是指采用反射镜偏转光是指采用反射镜偏转光束并具有低转动惯量转子的扫描器，束并具有低转动惯量转子的扫描器，它具有灵活、体积小等优点。它具有灵活、体积小等优点。全息扫描器全息扫描器是以全息术为基础的扫描是以全息术为基础的扫描器，它能够提供多方位和多焦距的扫器，它能够提供多方位和多焦距的扫描，满足一些特定应用的需要，且结描，满足一些特定应用的需要，且结构较为简单，成本也较低。构较为简单，成本也较低。2022/9/307第7页，此课件共83页哦(1)低惯量扫描器低惯量扫描器低惯量扫描器又可以分为低惯量扫描器又可以分为检检流计扫描器流计扫描器和和谐振镜扫描器谐振镜扫描器。检流计扫描器检流计扫描器能产生稳定状态能产生稳定状态的偏转，高保真度的正弦扫描的偏转，高保真度的正弦扫描以及非正弦的锯齿、三角或任以及非正弦的锯齿、三角或任意形式的扫描。意形式的扫描。采用活动铁芯结构的、典型采用活动铁芯结构的、典型检流计型扫描器如图检流计型扫描器如图7-1所示，所示，主要由电磁驱动主要由电磁驱动(包括带滚球包括带滚球轴承的转子轴承的转子)和位置传感器两个和位置传感器两个主要部分组成。主要部分组成。图7-1动铁低惯量扫描仪的结构 2022/9/308第8页，此课件共83页哦(1)低惯量扫描器低惯量扫描器检流计的动态特性要求电磁驱动部分具有低惯量、大转矩检流计的动态特性要求电磁驱动部分具有低惯量、大转矩和宽频率特性。在满足上述要求的情况下，它可以在伺服和宽频率特性。在满足上述要求的情况下，它可以在伺服机构的控制下实现任意波形的扫描。机构的控制下实现任意波形的扫描。动铁低惯量扫描仪的动铁低惯量扫描仪的转子转子是实心的铁芯，是实心的铁芯，定子定子由永久磁铁由永久磁铁盒加载线圈组成。盒加载线圈组成。线圈线圈绕在定子上，具有很好的散热性，同绕在定子上，具有很好的散热性，同时也避免了动圈结构转子引接电极带来的麻烦，相对提高转时也避免了动圈结构转子引接电极带来的麻烦，相对提高转子的防振性。它的转矩是由永久磁铁和固定线圈产生的电磁子的防振性。它的转矩是由永久磁铁和固定线圈产生的电磁回路之间的相互作用获得的。两块永久磁铁通过软磁铁在四回路之间的相互作用获得的。两块永久磁铁通过软磁铁在四个空气隙中建立控制磁力线。线圈加载后在磁路中产生磁力个空气隙中建立控制磁力线。线圈加载后在磁路中产生磁力线，这一磁场使转子的两个对角一边加强，而另一边减弱，线，这一磁场使转子的两个对角一边加强，而另一边减弱，从而产生机械转矩。从而产生机械转矩。2022/9/309第9页，此课件共83页哦(1)低惯量扫描器低惯量扫描器为了保证检流计偏转的精度，检流计扫描器采用闭环电路，用为了保证检流计偏转的精度，检流计扫描器采用闭环电路，用传感器精确测量检流计偏转角，并与其控制值进行比较，把比传感器精确测量检流计偏转角，并与其控制值进行比较，把比较信号反馈到驱动电路中，从而使闭环控制电路获得检流计的较信号反馈到驱动电路中，从而使闭环控制电路获得检流计的高精度偏转。高精度偏转。传感器的质量决定了扫描器和系统的精度传感器的质量决定了扫描器和系统的精度。光学传感器光学传感器通常使用通常使用干涉法和光栅法干涉法和光栅法，并与系统结合在一起，它，并与系统结合在一起，它的的分辨率主要受波长和温度的影响分辨率主要受波长和温度的影响。磁位置传感器磁位置传感器是传感元件在磁路中由于位置发生变化而导致感应是传感元件在磁路中由于位置发生变化而导致感应电压变化的传感器件，它不适用于高性能的扫描器。电压变化的传感器件，它不适用于高性能的扫描器。电容传感器电容传感器经常应用在检流计扫描器中，如图经常应用在检流计扫描器中，如图7-34所示。当转子角所示。当转子角度发生变化时，电容传感器输出附件一个不平衡的小电容，给出转子度发生变化时，电容传感器输出附件一个不平衡的小电容，给出转子和定子间相对角度变化的信息。和定子间相对角度变化的信息。2022/9/3010第10页，此课件共83页哦(1)低惯量扫描器低惯量扫描器常用的感应驱动线圈谐振镜扫描器典型结构如图常用的感应驱动线圈谐振镜扫描器典型结构如图7-2所所示，包括平衡的扭力杆和电感转矩驱动部分。反射镜被扭示，包括平衡的扭力杆和电感转矩驱动部分。反射镜被扭力杆力杆T1和和T2完全对称悬挂，当反射镜运动时，不会引起完全对称悬挂，当反射镜运动时，不会引起扭力扰动。扭力扰动。图7-2感应驱动线圈谐振镜扫描器结构 谐振镜扫描器谐振镜扫描器只能只能工作工作在很窄的频率范围内在很窄的频率范围内，它的振荡是一种简单、周它的振荡是一种简单、周期性的谐振运动，但若采期性的谐振运动，但若采用谐振放大器，扫描器将用谐振放大器，扫描器将具有很高的扫描频率和很具有很高的扫描频率和很大的扫描角。大的扫描角。2022/9/3011第11页，此课件共83页哦(1)低惯量扫描器低惯量扫描器与变压器的工作原理一样，驱动线圈的磁场通过软铁芯与与变压器的工作原理一样，驱动线圈的磁场通过软铁芯与转子的相互作用而产生。感应驱动线圈谐振镜扫描器的转转子的相互作用而产生。感应驱动线圈谐振镜扫描器的转子是长方形的金属环，在环中产生感应电流，它的动圈通子是长方形的金属环，在环中产生感应电流，它的动圈通过感应加载。过感应加载。低惯量扫描器系统的选择取决于对扫描器应用的要低惯量扫描器系统的选择取决于对扫描器应用的要求求。在不同的应用中对扫描器的参数要求是不一样的，它的在不同的应用中对扫描器的参数要求是不一样的，它的主要参数有：光斑的尺寸，光斑的质量，光点扫描的速主要参数有：光斑的尺寸，光斑的质量，光点扫描的速度和回扫时间，光斑在扫描场中的线性；扫描角的大小度和回扫时间，光斑在扫描场中的线性；扫描角的大小和镜面反射的质量等。和镜面反射的质量等。2022/9/3012第12页，此课件共83页哦 低惯量扫描器常用于二维平面场低惯量扫描器常用于二维平面场扫描扫描，其结构主要有简单的双，其结构主要有简单的双镜系统、中继透镜系统和桨形镜系统、中继透镜系统和桨形双镜系统等。双镜系统等。简单双镜系统的光路图如图简单双镜系统的光路图如图7-3所示，所示，X轴和轴和Y轴反射镜的中心轴反射镜的中心分别为点分别为点a和点和点b。扫描点。扫描点c的坐标的坐标为为(0,Yi)。d是点是点b到输出平面坐标到输出平面坐标中心中心(0,0)点的距离。点的距离。X轴和轴和Y轴的扫描角分别为轴的扫描角分别为x和和y。像平面上任意点的坐标为像平面上任意点的坐标为(Xi，Yi)，当，当Xi=Yi=0时，有时，有x=y=0。图7-3简单双镜系统光路图 2022/9/3013第13页，此课件共83页哦第一、二个中继透镜的焦距分别为第一、二个中继透镜的焦距分别为f1、f2，两透镜相距，两透镜相距f1+f2。第二个扫第二个扫描器的扫描轴与第一个扫描器的扫描轴正交，并与光轴交于描器的扫描轴与第一个扫描器的扫描轴正交，并与光轴交于B点。点。当入射细光束打在当入射细光束打在A点上时，则有二维扫描的细光束从点上时，则有二维扫描的细光束从B点出射，如点出射，如图图7-1(a)俯视图的情况；如果入射光束是一束准直光束，当它通过第俯视图的情况；如果入射光束是一束准直光束，当它通过第二个中继透镜后，出射光束也是准直光束，如图二个中继透镜后，出射光束也是准直光束，如图7-1(b)侧视图所示。侧视图所示。图7-4中继透镜系统光路图 中继透镜系统中继透镜系统的光路图如图的光路图如图7-4所示。所示。第一个扫描器的第一个扫描器的扫描轴扫描轴(即镜面的即镜面的转动中心转动中心)与光轴与光轴相交于相交于A点点2022/9/3014第14页，此课件共83页哦桨形双镜系统的光路图如图桨形双镜系统的光路图如图7-5所示，两根扫描轴正交、所示，两根扫描轴正交、共面，形成一个共面，形成一个X-Y平面。以平面。以X轴旋转的反射镜轴旋转的反射镜(X镜镜)转转轴在反射镜的一边，以轴在反射镜的一边，以Y轴旋转的反射镜轴旋转的反射镜(Y轴轴)转轴在反转轴在反射镜的中间，两个镜面在与射镜的中间，两个镜面在与X-Y平面相交都为平面相交都为45。当入射光束以平行当入射光束以平行Y轴的方向入射，且在轴的方向入射，且在X镜转角很小镜转角很小的一级近似的情况下，由的一级近似的情况下，由X镜反射的光束在镜反射的光束在Y镜上的位置镜上的位置基本保持不变，它只改变了出射光束的方向。基本保持不变，它只改变了出射光束的方向。图7-5桨形双镜系统光路图 2022/9/3015第15页，此课件共83页哦(2)全息扫描器全息扫描器-4全息扫描器是以全息术为基础的扫描全息扫描器是以全息术为基础的扫描器，它能够提供多方位和多焦距的扫器，它能够提供多方位和多焦距的扫描，满足一些特定应用的需要，且结描，满足一些特定应用的需要，且结构较为简单，成本也较低。构较为简单，成本也较低。全息扫描器是激光全息扫描系统的关全息扫描器是激光全息扫描系统的关键元件，它主要应用了全息技术的波键元件，它主要应用了全息技术的波前变换，以复杂波前的记录和再现实前变换，以复杂波前的记录和再现实现光束的控制。现光束的控制。2022/9/3016第16页，此课件共83页哦当全息透镜在位置当全息透镜在位置l时，再现光照在全息透镜的右侧，衍时，再现光照在全息透镜的右侧，衍射的会聚光聚焦在像平面位置射的会聚光聚焦在像平面位置1处。处。如果把全息透镜从位置如果把全息透镜从位置1移动到位置移动到位置2，再现光在全，再现光在全息透镜上的位置也从右侧移到左侧，如图中虚线所息透镜上的位置也从右侧移到左侧，如图中虚线所示，这时衍射会聚光的焦点也从像平面的位置示，这时衍射会聚光的焦点也从像平面的位置l移动移动到位置到位置2。因此把全息透镜从位置因此把全息透镜从位置1移动到位置移动到位置2时，在像平面上就时，在像平面上就出现了一根扫描线。出现了一根扫描线。图7-7全息扫描原理全息扫描的基本原理如全息扫描的基本原理如图图7-7所示，用发散的细所示，用发散的细光束作为再现光，照明光束作为再现光，照明全息透镜的一个小区域。全息透镜的一个小区域。2022/9/3017第17页，此课件共83页哦全息扫描器全息扫描器-6用上述全息扫描的基本概念来实现复杂的扫描过程时有许多实用上述全息扫描的基本概念来实现复杂的扫描过程时有许多实际问题需要解决，如在全息扫描器设计中应考虑光学结构和机际问题需要解决，如在全息扫描器设计中应考虑光学结构和机械结构的合理性。械结构的合理性。光学结构首先是选择全息图的类型，是采用反射全息图或采光学结构首先是选择全息图的类型，是采用反射全息图或采用透射全息图，然后设计全息图的光学结构参数。用透射全息图，然后设计全息图的光学结构参数。机械结构的设计要求满足光学结构的要求并简单可行。机械结构的设计要求满足光学结构的要求并简单可行。不同类型的全息图在扫描器中有不同的要求，对于透射全息图，不同类型的全息图在扫描器中有不同的要求，对于透射全息图，全息材料的均匀性和衬底基片的质量要求较高，而对机械振动全息材料的均匀性和衬底基片的质量要求较高，而对机械振动的要求相对比较低。的要求相对比较低。相反地，对于反射全息图，由于再现光不通过基片，所以只要求全息相反地，对于反射全息图，由于再现光不通过基片，所以只要求全息图的表面质量好，对基片的均匀性要求不高，但对轴承的要求比用透图的表面质量好，对基片的均匀性要求不高，但对轴承的要求比用透射全息图时要高，即要求高精度和高稳定性的轴承。射全息图时要高，即要求高精度和高稳定性的轴承。2022/9/3018第18页，此课件共83页哦全息扫描器全息扫描器-7全息扫描器的设计要综合考虑各方面的因素，其中全息扫描器的设计要综合考虑各方面的因素，其中包括：对扫描线质量的要求，全息扫描器参数包括：对扫描线质量的要求，全息扫描器参数(包括包括扫描参数和运行参数两类，扫描参数有光斑尺寸、扫描扫描参数和运行参数两类，扫描参数有光斑尺寸、扫描线长度、焦距、扫描的线性、场曲、扫描速度、全息图线长度、焦距、扫描的线性、场曲、扫描速度、全息图的尺寸和子全息图的数目等；运行参数有工作距离、角的尺寸和子全息图的数目等；运行参数有工作距离、角宽度、子全息图数、旋转轴与全息图上再现激光光斑之宽度、子全息图数、旋转轴与全息图上再现激光光斑之间的距离、记录和再现波前的取向及形状和旋转速度等间的距离、记录和再现波前的取向及形状和旋转速度等)的要求，以及全息扫描器制作和使用的可行性等。的要求，以及全息扫描器制作和使用的可行性等。全息扫描器各参数间有很强的依赖关系，在许多情全息扫描器各参数间有很强的依赖关系，在许多情况下甚至相互矛盾，因此经常采用折衷的方案达到况下甚至相互矛盾，因此经常采用折衷的方案达到实用的目的。实用的目的。2022/9/3019第19页，此课件共83页哦全息扫描器全息扫描器-8全息扫描器具有一些突出的优点：全息扫描器具有一些突出的优点：首先是全息图首先是全息图作为偏转元件作为偏转元件，具有聚焦和偏转两个功具有聚焦和偏转两个功能能。它的焦距的长短和偏转的方向可以通过记录光路和。它的焦距的长短和偏转的方向可以通过记录光路和再现光路的参数来确定，因此在一个扫描器中用不同参数再现光路的参数来确定，因此在一个扫描器中用不同参数的全息图能实现多方位、多焦距的扫描，这是全息扫描器的全息图能实现多方位、多焦距的扫描，这是全息扫描器最突出的优点。最突出的优点。其次是全息图其次是全息图作为扫描元件作为扫描元件时时能够收集被扫描物体能够收集被扫描物体的散射光的散射光。在散射光中包含被扫描物体的信息，全息。在散射光中包含被扫描物体的信息，全息图把带有信息的散射光会聚到探测器，对于不需要的图把带有信息的散射光会聚到探测器，对于不需要的环境光具有滤波作用，因此全息扫描器能应用在环境环境光具有滤波作用，因此全息扫描器能应用在环境较差的场合。较差的场合。2022/9/3020第20页，此课件共83页哦全息扫描器全息扫描器-9再次是全息图再次是全息图可以装配在各种基片上可以装配在各种基片上，它的重量与底，它的重量与底座相比可以忽略，因此很座相比可以忽略，因此很容易实现小型化容易实现小型化。最后是全息图最后是全息图能大量地制造或复制能大量地制造或复制，与一般光学元件相，与一般光学元件相比比价格较低廉价格较低廉。当然全息扫描器在应用中也有一些当然全息扫描器在应用中也有一些不足不足：首先是宽带的记录首先是宽带的记录材料比较缺乏材料比较缺乏，因此记录和再现中，因此记录和再现中要使用不同波长的激光，会引入一些像差。为了得要使用不同波长的激光，会引入一些像差。为了得到高质量的光斑，要进行一些像差校正工作。到高质量的光斑，要进行一些像差校正工作。其次是全息图的其次是全息图的衍射效率也是一个较大的限制衍射效率也是一个较大的限制。2022/9/3021第21页，此课件共83页哦2.激光扫描器的应用实例激光扫描器的应用实例 激光扫描器的应用激光扫描器的应用十分广泛，前面已十分广泛，前面已经对它的应用范围经对它的应用范围作了简单地介绍，作了简单地介绍，这里仅结合三个具这里仅结合三个具体的应用实例进行体的应用实例进行介绍。介绍。(1)激光照排机激光照排机图图7-8给出了一激给出了一激光照排机的原理。光照排机的原理。图7-8激光照片机的原理 2022/9/3022第22页，此课件共83页哦(1)激光照排机激光照排机-1图图7-8给出了一激光照排机的原理，给出了一激光照排机的原理，采用采用He-Ne激光器作为激光器作为光源光源；声光调制器作为激光的；声光调制器作为激光的高速开关高速开关，由，由计算机的文图信息计算机的文图信息控制控制；密度盘用于调整对胶片的最佳；密度盘用于调整对胶片的最佳曝光量曝光量；扩束器用于改善激光的扩束器用于改善激光的发散角发散角；由点击驱动转镜旋转实现激光；由点击驱动转镜旋转实现激光束的束的主扫描主扫描；在同一轴上安装光栅作为像元；在同一轴上安装光栅作为像元时钟时钟，提高光点的，提高光点的位置精度。位置精度。F-8物镜将激光会聚在胶片上，胶片由输片机构带动，作垂直于物镜将激光会聚在胶片上，胶片由输片机构带动，作垂直于扫描方向的运动实现副扫描，激光通过转镜扫描和胶片运动实扫描方向的运动实现副扫描，激光通过转镜扫描和胶片运动实现二维扫描，在胶片上形成一幅完整的文字和图像。现二维扫描，在胶片上形成一幅完整的文字和图像。激光束扫描和胶片运动要求严格保持同步，即激光扫描完一条线之后，激光束扫描和胶片运动要求严格保持同步，即激光扫描完一条线之后，胶片刚好移动一条线宽的距离。胶片刚好移动一条线宽的距离。在图中胶片的上方一侧有一个光电器件，作为行起始的基准。在图中胶片的上方一侧有一个光电器件，作为行起始的基准。2022/9/3023第23页，此课件共83页哦(1)激光照排机激光照排机-2随着技术的发展，现已有多种激光照排机，主要有绞盘式激光照排随着技术的发展，现已有多种激光照排机，主要有绞盘式激光照排机、外滚筒激光照排机、平台式激光照排机、内滚筒式激光照排机机、外滚筒激光照排机、平台式激光照排机、内滚筒式激光照排机和虚拟滚筒式激光照排机。和虚拟滚筒式激光照排机。这几类激光照排机各有优缺点，它们的比较如表这几类激光照排机各有优缺点，它们的比较如表7-1所示。所示。对于希望生产效率高、操作方便、节省胶片的印刷对于希望生产效率高、操作方便、节省胶片的印刷(包括中档彩色印包括中档彩色印刷刷)，一般采用绞盘式；，一般采用绞盘式；而对于高精度、高分辨率、大幅面的精细彩色印刷，则采用内滚筒式或而对于高精度、高分辨率、大幅面的精细彩色印刷，则采用内滚筒式或外滚筒式。外滚筒式。激光照排机的关键技术是光源、声光调制器、激光扫描、副扫描技术和激光照排机的关键技术是光源、声光调制器、激光扫描、副扫描技术和电路控制技术。电路控制技术。从技术发展来看，激光照排机有向激光直接制版机发展的趋势从技术发展来看，激光照排机有向激光直接制版机发展的趋势.激光制版机是激光直接扫描在印刷版材上，激光直接制版的原理和激光照排激光制版机是激光直接扫描在印刷版材上，激光直接制版的原理和激光照排机相同，只是感光介质不同，即用版材代替激光照排机中的胶片。机相同，只是感光介质不同，即用版材代替激光照排机中的胶片。2022/9/3024第24页，此课件共83页哦表表7-1激光照排机的类型分析比较激光照排机的类型分析比较平台式外滚筒式内滚筒式虚拟滚筒式绞盘式扫描速度快慢快快快定位精度高高高高中、高结 构复杂复杂复杂复杂复杂幅 面中大大中中胶 片成卷单片成卷成卷成卷附属设备真空泵真空泵无无无噪 声大大小小小成 本高高高低低体 积大大大小小重 量大大大小小适用介质胶片相纸版材胶片胶片相纸版材胶片相纸版材胶片相纸版材工作环境一般严格一般一般一般类类型型项项目目2022/9/3025第25页，此课件共83页哦(2)激光缩微机激光缩微机激光缩微机是用激光缩微机是用激光扫描器把计激光扫描器把计算存储的信息直算存储的信息直接制作到缩微胶接制作到缩微胶片上的机器。片上的机器。图7-9激光缩微机原理 图图7-9给出了激光缩微机的原理，图中有两个扫描器，沿给出了激光缩微机的原理，图中有两个扫描器，沿x方向扫描的叫行扫描器，沿方向扫描的叫行扫描器，沿Y方向扫描的称为页扫描器。方向扫描的称为页扫描器。2022/9/3026第26页，此课件共83页哦(2)激光缩微机激光缩微机-1激光光源输出的单光束经声光调制器产生激光光源输出的单光束经声光调制器产生9个不同频率个不同频率(40MHz50MHz)的时序调制，得到的时序调制，得到9个被调整的时分个被调整的时分复用光束。复用光束。扫描器同时用扫描器同时用9根激光束扫描，字符可以由这根激光束扫描，字符可以由这9根激光根激光束的调制信号得到，每行像素的总数束的调制信号得到，每行像素的总数1500个。个。9根光束用一个激光源，但它们在不同瞬间被不同的频率调根光束用一个激光源，但它们在不同瞬间被不同的频率调制，因此每根光束的调制信号是独立的。制，因此每根光束的调制信号是独立的。行扫描器的周期为行扫描器的周期为4.8ms，回扫时间为，回扫时间为1ms。扫描器扫描。扫描器扫描的位置精度可达万分之一。的位置精度可达万分之一。2022/9/3027第27页，此课件共83页哦(3)条形码扫描器条形码扫描器激光条形码扫描器由激光源、光学扫描、光学接收、激光条形码扫描器由激光源、光学扫描、光学接收、光电转换、信号放大、整形、量化和译码等部分组成。光电转换、信号放大、整形、量化和译码等部分组成。早期的扫描器大多采用早期的扫描器大多采用He-Ne激光器，而采用激光器，而采用MOVPE(金属氧化物气相外延金属氧化物气相外延)技术制造的可见光半技术制造的可见光半导体激光器具有低功耗、可直接调制、体积小、重导体激光器具有低功耗、可直接调制、体积小、重量轻、固体化、可靠性高、效率高等优点，它一出量轻、固体化、可靠性高、效率高等优点，它一出现很快就替代了原来使用的现很快就替代了原来使用的He-Ne激光器。激光器。从激光源发出的激光束需通过扫描系统形成扫描线或从激光源发出的激光束需通过扫描系统形成扫描线或扫描图案。扫描图案。条码扫描器的扫描系统一般采用旋转棱镜扫描和全息扫描条码扫描器的扫描系统一般采用旋转棱镜扫描和全息扫描两种方案。两种方案。2022/9/3028第28页，此课件共83页哦(3)条形码扫描器条形码扫描器-1全息扫描系统具有全息扫描系统具有结构紧凑、可靠性结构紧凑、可靠性高和造价低廉等显高和造价低廉等显著优点，自从著优点，自从IBM公司在公司在3687型扫描型扫描器器(其光学系统如图其光学系统如图7-10所示所示)上首先应上首先应用以来得到了广泛用以来得到了广泛的应用，且不断推的应用，且不断推陈出新。陈出新。图7-10 IBM3687型条形码扫描器光学系统2022/9/3029第29页，此课件共83页哦(3)条形码扫描器条形码扫描器-2全角度扫描这个概念是为了提高超级市场的流通速全角度扫描这个概念是为了提高超级市场的流通速度而提出的，并设计了与之相应的度而提出的，并设计了与之相应的UPC(Universal Product Code)条码。条码。对于对于UPC码两个扫描方向的码两个扫描方向的“X扫描图案已能实现全扫描图案已能实现全角度扫描。角度扫描。手持单线扫描器由于扫描速度低、扫描角度较小等手持单线扫描器由于扫描速度低、扫描角度较小等原因，产生了多种实现光束扫描的方案。原因，产生了多种实现光束扫描的方案。除采用旋转棱镜、摆镜外，还能通过运动光学系统除采用旋转棱镜、摆镜外，还能通过运动光学系统中的很多部件来进行光束扫描。如通过运动半导体中的很多部件来进行光束扫描。如通过运动半导体激光器、运动准直透镜等来实现光束扫描。扫描光激光器、运动准直透镜等来实现光束扫描。扫描光束射到条码符号上后被散射，由接收系统接收足够束射到条码符号上后被散射，由接收系统接收足够多的散射光。多的散射光。2022/9/3030第30页，此课件共83页哦(3)条形码扫描器条形码扫描器-3在激光全角度扫描器中，普遍采用反向接收系统。它的的瞬时在激光全角度扫描器中，普遍采用反向接收系统。它的的瞬时视场极小，可以极大地提高信噪比，还能提高对条码符号镜面视场极小，可以极大地提高信噪比，还能提高对条码符号镜面反射的抑制能力，并且对接收透镜的要求亦很低。此外，它还反射的抑制能力，并且对接收透镜的要求亦很低。此外，它还能使接收器的敏感面较小，接收器成本亦较低。能使接收器的敏感面较小，接收器成本亦较低。它的缺点是当扫描光束位于扫描系统各元件边缘时要产生渐晕现象。它的缺点是当扫描光束位于扫描系统各元件边缘时要产生渐晕现象。接收到的光信号需要经光电转换器转换成电信号。全角度扫描器中的接收到的光信号需要经光电转换器转换成电信号。全角度扫描器中的条码信号频率比较高条码信号频率比较高(几兆赫到几十兆赫几兆赫到几十兆赫)，要求光电转换器采用，要求光电转换器采用具有高频率响应能力的雪崩光电二极管具有高频率响应能力的雪崩光电二极管(APD)或或PIN光电二极光电二极管。为了长时间连续操作人员的安全，要求激光源出射能量较小，管。为了长时间连续操作人员的安全，要求激光源出射能量较小，这使得最后接收到的能量极弱。这使得最后接收到的能量极弱。2022/9/3031第31页，此课件共83页哦(3)条形码扫描器条形码扫描器-4为了得到较高的信噪比，通常采用前置放大电路来低噪声地为了得到较高的信噪比，通常采用前置放大电路来低噪声地放大信号。在手持枪式扫描器中一般采用硅光电池、光电二放大信号。在手持枪式扫描器中一般采用硅光电池、光电二极管或光电三极管作为光电转换器件，它的出射光能量相对极管或光电三极管作为光电转换器件，它的出射光能量相对较强，信号频率较低，因此对电子元器件特性要求不是很高。较强，信号频率较低，因此对电子元器件特性要求不是很高。整形后的电信号经过量化后，由译码单元译出其中所含信息。整形后的电信号经过量化后，由译码单元译出其中所含信息。全角度扫描器由于数据率高，且得到的大多数为非条码信号和不全角度扫描器由于数据率高，且得到的大多数为非条码信号和不完整条码信号，要求译码器有自动识别有效条码信号的能力。完整条码信号，要求译码器有自动识别有效条码信号的能力。这对译码单元的要求较高这对译码单元的要求较高(较高的数据处理能力和较大的数据吞吐量较高的数据处理能力和较大的数据吞吐量)，目前普遍采用软、硬件紧密结合的方法来解决。，目前普遍采用软、硬件紧密结合的方法来解决。2022/9/3032第32页，此课件共83页哦7.2 激光打印机激光打印机 随着计算机技术和电子技术的不断发展，计算机随着计算机技术和电子技术的不断发展，计算机系统的处理速度日益加快。系统的处理速度日益加快。传统的击打式打印机在打印质量、打印速度、传统的击打式打印机在打印质量、打印速度、工作噪声等方面都存在这严重的不足，迫切工作噪声等方面都存在这严重的不足，迫切需要一种速度高、噪声低的新型打印机需要一种速度高、噪声低的新型打印机;同时由于激光扫描技术和电子照相技术的快速同时由于激光扫描技术和电子照相技术的快速发展，一种新型打印机发展，一种新型打印机激光打印机应运而激光打印机应运而生，并成为激光扫描技术的又一突出应用。生，并成为激光扫描技术的又一突出应用。2022/9/3033第33页，此课件共83页哦1激光打印机原理及组成激光打印机原理及组成不同的厂家已生产出多种不同型号的不同的厂家已生产出多种不同型号的激光打印机，但它们的基本原理、基激光打印机，但它们的基本原理、基本组成和工作过程大致相同。本组成和工作过程大致相同。激光打印机的激光打印机的基本原理基本原理是：将数据转是：将数据转换为数字信号，再调制激光束在感光换为数字信号，再调制激光束在感光鼓上扫描，感光鼓将吸附的墨粉转印鼓上扫描，感光鼓将吸附的墨粉转印到纸上，通过控制激光束的开与关使到纸上，通过控制激光束的开与关使感光鼓吸与不吸墨粉，感光鼓在纸上感光鼓吸与不吸墨粉，感光鼓在纸上滚动从而形成文字。滚动从而形成文字。2022/9/3034第34页，此课件共83页哦1激光打印机原理及组成激光打印机原理及组成-1 7-11激光打印机的基本组成 激光器激光器产生激光。产生激光。激光扫描系统激光扫描系统负责将接口电路送来的二进制点阵信息调制到负责将接口电路送来的二进制点阵信息调制到激光束上，然后扫描到感光鼓上激光束上，然后扫描到感光鼓上.感光鼓和电子照相转印机构感光鼓和电子照相转印机构负责将扫描到感光鼓上的图文映像负责将扫描到感光鼓上的图文映像转印到打印纸上，故两者又合称为电子成像系统。转印到打印纸上，故两者又合称为电子成像系统。2022/9/3035第35页，此课件共83页哦1激光打印机原理及组成激光打印机原理及组成-2除了以上主要组件外，还要有电源系统和机除了以上主要组件外，还要有电源系统和机械系统的密切配合，才能完成整个打印过程。械系统的密切配合，才能完成整个打印过程。电源系统提供各种电源电压，使激光打印机电源系统提供各种电源电压，使激光打印机的各个组件正常工作。的各个组件正常工作。机械系统负责完成打印纸在打印机中的各种机械系统负责完成打印纸在打印机中的各种动作，又称之为打印纸传送系统。动作，又称之为打印纸传送系统。从信号输入激光打印机到激光扫描系统把其调从信号输入激光打印机到激光扫描系统把其调制在激光束上，这一部分有时也称为视频控制制在激光束上，这一部分有时也称为视频控制器，主要从计算机接收要打印的信息，并进一器，主要从计算机接收要打印的信息，并进一步产生视频信号，然后送到激光扫描系统对激步产生视频信号，然后送到激光扫描系统对激光束进行调制。光束进行调制。2022/9/3036第36页，此课件共83页哦2激光打印机的基本工作过程及控制激光打印机的基本工作过程及控制系统简介系统简介(1)激光扫描系统工作过程激光扫描系统工作过程 激光扫描系统由光调制器、扫描器、光偏转器、同步器和高频驱动电激光扫描系统由光调制器、扫描器、光偏转器、同步器和高频驱动电路等组成，它的基本工作过程如下：路等组成，它的基本工作过程如下：激光器产生激光束经反射镜反射进入光调制器，同时计算机送激光器产生激光束经反射镜反射进入光调制器，同时计算机送来二进制图文点阵信息由接口电路送到字型发生器，产生所需要来二进制图文点阵信息由接口电路送到字型发生器，产生所需要的二进制脉冲信号，经过频率合成器和功率放大器进行合成、放的二进制脉冲信号，经过频率合成器和功率放大器进行合成、放大后也送入光调制器，并对反射镜反射过来的激光束进行调制。大后也送入光调制器，并对反射镜反射过来的激光束进行调制。由光调制器输出的调制光入射到多面转镜，再通过广角聚焦镜后由光调制器输出的调制光入射到多面转镜，再通过广角聚焦镜后扫描到感光鼓上，从而把多面转镜的角速度扫描变成感光鼓上的扫描到感光鼓上，从而把多面转镜的角速度扫描变成感光鼓上的线速度扫描，这样就完成了整个激光扫描过程。线速度扫描，这样就完成了整个激光扫描过程。由上可知，通过视频信号可以控制激光束的有和无，通过控制激光束由上可知，通过视频信号可以控制激光束的有和无，通过控制激光束的强弱，可以控制打印的对比度，即所谓的的强弱，可以控制打印的对比度，即所谓的“调制调制”。再配合感光鼓的。再配合感光鼓的转动，可以实现角速度扫描到线速度扫描的转变，完成行扫描和列扫描，转动，可以实现角速度扫描到线速度扫描的转变，完成行扫描和列扫描，、形成一幅二维的电子潜像。、形成一幅二维的电子潜像。2022/9/3037第37页，此课件共83页哦电子成像是将感光鼓上的二维电子潜像经炭粉投影方式显影，电子成像是将感光鼓上的二维电子潜像经炭粉投影方式显影，然后转印到打印纸上，再经加热加压定影，使粉末状的墨粉然后转印到打印纸上，再经加热加压定影，使粉末状的墨粉微粒熔化渗入纸纤维中，成为永久性的打印输出。微粒熔化渗入纸纤维中，成为永久性的打印输出。整个工作过程可简单概括为：整个工作过程可简单概括为：充电充电扫描曝光扫描曝光墨粉显影墨粉显影转转印到纸上印到纸上加热加压定影输出加热加压定影输出消电消电清扫剩余墨粉清扫剩余墨粉光照再光照再次充电的循环过程。次充电的循环过程。首先，当机械部件开始动作时，感光鼓上方的主电晕中一根屏首先，当机械部件开始动作时，感光鼓上方的主电晕中一根屏蔽的钨丝被蔽的钨丝被充电充电到数千伏的高压，使主电晕产生电晕放电，周到数千伏的高压，使主电晕产生电晕放电，周围的空